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在java中使用SPI創(chuàng)建可擴(kuò)展的應(yīng)用程序操作

 更新時(shí)間:2020年09月14日 14:56:32   作者:flydean程序那些事  
這篇文章主要介紹了在java中使用SPI創(chuàng)建可擴(kuò)展的應(yīng)用程序操作,具有很好的參考價(jià)值,希望對大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧

簡介

什么是可擴(kuò)展的應(yīng)用程序呢?可擴(kuò)展的意思是不需要修改原始代碼,就可以擴(kuò)展應(yīng)用程序的功能。我們將應(yīng)用程序做成插件或者模塊。

這樣可以在不修改原應(yīng)用的基礎(chǔ)上,對系統(tǒng)功能進(jìn)行升級或者定制化。

本文將會向大家介紹如何通過java中的SPI機(jī)制實(shí)現(xiàn)這種可擴(kuò)展的應(yīng)用程序。

SPI簡介

SPI的全稱是Java Service Provider Interface。是java提供的一種服務(wù)發(fā)現(xiàn)的機(jī)制。

通過遵循相應(yīng)的規(guī)則編寫應(yīng)用程序之后,就可以使用ServiceLoader來加載相應(yīng)的服務(wù)了。

SPI的實(shí)現(xiàn)主要分為4個(gè)部分:

Service Provider Interface: SPI是一個(gè)interface或者是抽象類,其中定義了我們需要擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的功能。

Service Providers:這是SPI的具體實(shí)現(xiàn),提供了具體的實(shí)現(xiàn)功能

SPI Configuration File:SPI的配置文件,通過在配置文件我們來配置相關(guān)的SPI發(fā)現(xiàn)信息。

ServiceLoader: ServiceLoader是用來加載和發(fā)現(xiàn)服務(wù)的java類,并提供了很多有用的方法。

SPI的普通java實(shí)現(xiàn)

講完SPI的定義,大家可能還是不清楚SPI到底是做什么的,又該怎么使用它。

不用急,我們下面通過一個(gè)例子來說明。

首先創(chuàng)建一個(gè)module:SPI-service,里面主要定義了一個(gè)ModuleService接口:

public interface ModuleService {

}

然后再分別創(chuàng)建兩個(gè)module,作為ModuleService的實(shí)現(xiàn):

public class ModuleServiceA implements ModuleService {

  public ModuleService getModuleService(){
    return new ModuleServiceA();
  }
}
public class ModuleServiceB implements ModuleService {

  public ModuleService getModuleService(){
    return new ModuleServiceB();
  }
}

接著分別在兩個(gè)module中創(chuàng)建META-INF/services文件夾,并且在里面創(chuàng)建兩個(gè)以 Service Provider Interface限定名為名字的文件,這里文件名是:com.flydean.base.service.ModuleService,文件里面存放的是SPI的具體實(shí)現(xiàn)類:

com.flydean.base.servicea.ModuleServiceA

com.flydean.base.serviceb.ModuleServiceB

最后,我們需要創(chuàng)建一個(gè)使用SPI的類:

public class ModuleController {

  public static void main(String[] args) {
    List<ModuleService> moduleServices = ServiceLoader
        .load(ModuleService.class).stream()
        .map(ServiceLoader.Provider::get)
        .collect(toList());
    log.info("{}", moduleServices);
  }
}

為了更好的展示擴(kuò)展應(yīng)用的實(shí)際使用,我們分別創(chuàng)建4個(gè)模塊。在實(shí)際應(yīng)用中,只需要將這些jar包加入應(yīng)用程序的classpath即可。

運(yùn)行看下輸出結(jié)果:

[com.flydean.base.servicea.ModuleServiceA@16f65612,

com.flydean.base.serviceb.ModuleServiceB@311d617d]

從結(jié)果看到,我們獲得了兩個(gè)ModuleService。證明系統(tǒng)擴(kuò)展成功。

SPI在JPMS模塊化系統(tǒng)下的實(shí)現(xiàn)

上面我們講的是基本的操作,考慮一下,如果是在JDK9之后,引入了JPMS模塊化系統(tǒng)之后,應(yīng)該怎么使用SPI呢?

代碼肯定是一樣,我們需要修改的是SPI配置文件。

如果在JPMS中,我們就不需要使用META-INF/services了,我們只需要創(chuàng)建相應(yīng)的module-info.java文件即可。

先看下SPI模塊的module-info.java文件:

module com.flydean.service {
  exports com.flydean.service;
}

這個(gè)模塊我們對外暴露了service package,供其他模塊調(diào)用。

接下來是SPI的實(shí)現(xiàn)模塊:

module com.flydean.servicea {
  requires com.flydean.service;
  provides com.flydean.service.ModuleService with com.flydean.servicea.ModuleServiceA;
  exports com.flydean.servicea;
}

這里我們使用了provides命令,定義了兩個(gè)類的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

最后是調(diào)用的模塊:

module com.flydean.controller {
  uses com.flydean.service.ModuleService;
  requires com.flydean.service;
  requires lombok;
  requires slf4j.api;
}

這里我們使用uses關(guān)鍵詞來引用ModuleService。

總結(jié)

本文介紹了SPI在模塊化和非模塊化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

本文中的例子:learn-java-base-9-to-20

補(bǔ)充知識:Java中SPI機(jī)制詳解

本文通過探析JDK提供的,在開源項(xiàng)目中比較常用的Java SPI機(jī)制,希望給大家在實(shí)際開發(fā)實(shí)踐、學(xué)習(xí)開源項(xiàng)目提供參考。

一、 SPI是什么

SPI全稱Service Provider Interface,是Java提供的一套用來被第三方實(shí)現(xiàn)或者擴(kuò)展的API,它可以用來啟用框架擴(kuò)展和替換組件。

整體機(jī)制圖如下:

Java SPI 實(shí)際上是“基于接口的編程+策略模式+配置文件”組合實(shí)現(xiàn)的動態(tài)加載機(jī)制。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)抽象,往往有很多不同的實(shí)現(xiàn)方案,在面向的對象的設(shè)計(jì)里,一般推薦模塊之間基于接口編程,模塊之間不對實(shí)現(xiàn)類進(jìn)行硬編碼。一旦代碼里涉及具體的實(shí)現(xiàn)類,就違反了可拔插的原則,如果需要替換一種實(shí)現(xiàn),就需要修改代碼。為了實(shí)現(xiàn)在模塊裝配的時(shí)候能不在程序里動態(tài)指明,這就需要一種服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制。

Java SPI就是提供這樣的一個(gè)機(jī)制:為某個(gè)接口尋找服務(wù)實(shí)現(xiàn)的機(jī)制。有點(diǎn)類似IOC的思想,就是將裝配的控制權(quán)移到程序之外,在模塊化設(shè)計(jì)中這個(gè)機(jī)制尤其重要。所以SPI的核心思想就是解耦。

二、使用場景

概括地說,適用于:調(diào)用者根據(jù)實(shí)際使用需要,啟用、擴(kuò)展、或者替換框架的實(shí)現(xiàn)策略。

比較常見的例子:

數(shù)據(jù)庫驅(qū)動加載接口實(shí)現(xiàn)類的加載

JDBC加載不同類型數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動

日志門面接口實(shí)現(xiàn)類加載

SLF4J加載不同提供商的日志實(shí)現(xiàn)類

Spring

Spring中大量使用了SPI,比如:對servlet3.0規(guī)范

對ServletContainerInitializer的實(shí)現(xiàn)、自動類型轉(zhuǎn)換Type Conversion SPI(Converter SPI、Formatter SPI)等

Dubbo

Dubbo中也大量使用SPI的方式實(shí)現(xiàn)框架的擴(kuò)展, 不過它對Java提供的原生SPI做了封裝,允許用戶擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)Filter接口

三、使用介紹

要使用Java SPI,需要遵循如下約定:

當(dāng)服務(wù)提供者提供了接口的一種具體實(shí)現(xiàn)后,在jar包的META-INF/services目錄下創(chuàng)建一個(gè)以“接口全限定名”為命名的文件,內(nèi)容為實(shí)現(xiàn)類的全限定名;

接口實(shí)現(xiàn)類所在的jar包放在主程序的classpath中;

主程序通過java.util.ServiceLoder動態(tài)裝載實(shí)現(xiàn)模塊,它通過掃描META-INF/services目錄下的配置文件找到實(shí)現(xiàn)類的全限定名,把類加載到JVM;

SPI的實(shí)現(xiàn)類必須攜帶一個(gè)不帶參數(shù)的構(gòu)造方法;

四、示例代

步驟1、定義一組接口 (假設(shè)是org.foo.demo.IShout),并寫出接口的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn),(假設(shè)是org.foo.demo.animal.Dog、org.foo.demo.animal.Cat)。

public interface IShout {
  void shout();
}
public class Cat implements IShout {
  @Override
  public void shout() {
    System.out.println("miao miao");
  }
}
public class Dog implements IShout {
  @Override
  public void shout() {
    System.out.println("wang wang");
  }
}

步驟2、在 src/main/resources/ 下建立 /META-INF/services 目錄, 新增一個(gè)以接口命名的文件 (org.foo.demo.IShout文件),內(nèi)容是要應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)類(這里是org.foo.demo.animal.Dog和org.foo.demo.animal.Cat,每行一個(gè)類)。

文件位置

- src

-main

-resources

- META-INF

- services

- org.foo.demo.IShout

文件內(nèi)容

org.foo.demo.animal.Dog

org.foo.demo.animal.Cat

步驟3、使用 ServiceLoader 來加載配置文件中指定的實(shí)現(xiàn)。

public class SPIMain {
  public static void main(String[] args) {
    ServiceLoader<IShout> shouts = ServiceLoader.load(IShout.class);
    for (IShout s : shouts) {
      s.shout();
    }
  }
}

代碼輸出:

wang wang

miao miao

五、原理解析

首先看ServiceLoader類的簽名類的成員變量:

public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>{
private static final String PREFIX = "META-INF/services/";

  // 代表被加載的類或者接口
  private final Class<S> service;

  // 用于定位,加載和實(shí)例化providers的類加載器
  private final ClassLoader loader;

  // 創(chuàng)建ServiceLoader時(shí)采用的訪問控制上下文
  private final AccessControlContext acc;

  // 緩存providers,按實(shí)例化的順序排列
  private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();

  // 懶查找迭代器
  private LazyIterator lookupIterator; 
  ......
}

參考具體ServiceLoader具體源碼,代碼量不多,加上注釋一共587行,梳理了一下,實(shí)現(xiàn)的流程如下:

1、 應(yīng)用程序調(diào)用ServiceLoader.load方法

ServiceLoader.load方法內(nèi)先創(chuàng)建一個(gè)新的ServiceLoader,并實(shí)例化該類中的成員變量,包括:

loader(ClassLoader類型,類加載器)

acc(AccessControlContext類型,訪問控制器)

providers(LinkedHashMap<String,S>類型,用于緩存加載成功的類)

lookupIterator(實(shí)現(xiàn)迭代器功能)

2、應(yīng)用程序通過迭代器接口獲取對象實(shí)例,ServiceLoader先判斷成員變量providers對象中(LinkedHashMap<String,S>類型)是否有緩存實(shí)例對象,如果有緩存,直接返回。如果沒有緩存,執(zhí)行類的裝載,實(shí)現(xiàn)如下:

讀取META-INF/services/下的配置文件,獲得所有能被實(shí)例化的類的名稱,值得注意的是,ServiceLoader可以跨越j(luò)ar包獲取META-INF下的配置文件,具體加載配置的實(shí)現(xiàn)代碼如下:

try {
      String fullName = PREFIX + service.getName();
      if (loader == null)
        configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
      else
        configs = loader.getResources(fullName);
    } catch (IOException x) {
      fail(service, "Error locating configuration files", x);
    }

通過反射方法Class.forName()加載類對象,并用instance()方法將類實(shí)例化。

把實(shí)例化后的類緩存到providers對象中,(LinkedHashMap<String,S>類型),然后返回實(shí)例對象。

六、總結(jié)

優(yōu)點(diǎn):

使用Java SPI機(jī)制的優(yōu)勢是實(shí)現(xiàn)解耦,使得第三方服務(wù)模塊的裝配控制的邏輯與調(diào)用者的業(yè)務(wù)代碼分離,而不是耦合在一起。應(yīng)用程序可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)情況啟用框架擴(kuò)展或替換框架組件。

缺點(diǎn):

雖然ServiceLoader也算是使用的延遲加載,但是基本只能通過遍歷全部獲取,也就是接口的實(shí)現(xiàn)類全部加載并實(shí)例化一遍。如果你并不想用某些實(shí)現(xiàn)類,它也被加載并實(shí)例化了,這就造成了浪費(fèi)。獲取某個(gè)實(shí)現(xiàn)類的方式不夠靈活,只能通過Iterator形式獲取,不能根據(jù)某個(gè)參數(shù)來獲取對應(yīng)的實(shí)現(xiàn)類。

多個(gè)并發(fā)多線程使用ServiceLoader類的實(shí)例是不安全的。

以上這篇在java中使用SPI創(chuàng)建可擴(kuò)展的應(yīng)用程序操作就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了,希望能給大家一個(gè)參考,也希望大家多多支持腳本之家。

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